DE112016002111T5

DE112016002111T5 - Verfahren zur entfernung von gelöstem gas aus einem verdampferzustrom

Info

Publication number: DE112016002111T5
Application number: DE112016002111.9T
Authority: DE
Inventors: Robert Blackmon; Mikel Garcia; Mark Patterson
Original assignee: Veolia Water Technologies Inc
Current assignee: Veolia Water Technologies Inc
Priority date: 2015-05-09
Filing date: 2016-05-06
Publication date: 2018-03-15
Also published as: CN107921325B; MX2017014318A; US10337305B2; CA2985609C; MX387861B; WO2016182872A1; RU2671746C1; CA2985609A1; US20170321527A1; CN107921325A; PL423260A1; PL241087B1

Abstract

Ein Verfahren zur Behandlung von „Produced Water” oder einem Wasserzustrom mit einem Verdampfer (34). Der Wasserzustrom oder „Produced Water” wird zu einem und durch einen Luftabscheider (56), der stromaufwärts des Verdampfers (34) liegt, geleitet. Durch den Verdampfer erzeugter Wasserdampf (23) wird verwendet, um gelöste Gase aus dem „Produced Water” oder Wasserzustrom, das/der durch den Luftabscheider (56) strömt, zu desorbieren. Um gelöste Gase wirksam zu desorbieren, wird der Dampfdruck in dem Luftabscheider (56) auf unterhalb atmosphärischem Druck aufrechterhalten, und das „Produced Water” oder der Wasserzustrom wird auf eine Temperatur oberhalb der Dampfsättigungstemperatur in dem Luftabscheider (56) erwärmt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Entfernung gelöster Gase aus einem Verdampferzustrom, und in einer Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Behandlung von „Produced Water” mit einem Verdampfer, und zum Entfernen von gelöstem Gas aus dem Zustrom vor dem Erreichen des Verdampfers.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Viele industrielle Verfahren verwenden Verdampfer zur Reinigung von Abwasserströmen. Viele solcher Abwasserströme umfassen gelöste Gase, wie zum Beispiel CO₂ und H₂S, welche dazu neigen, Wärmetauscherrohre im Verdampfer zu verschlacken, zu verschmutzen oder zu korrodieren. Es ist daher bekannt, dass Verfahren wie zum Beispiel das Desorbieren mit Gas zur Entfernung gelöster Gase in Verdampferzuströmen bereitgestellt wurden. Jedoch ist der Energiebedarf zur Entfernung gelösten Gases und zur Konditionierung des Abwasserstroms, so dass die wirksame Gasentfernung möglich gemacht wird, wesentlich. Es gibt somit auch weiterhin einen Bedarf für wirksame und kosteneffiziente Verfahren zur Entfernung gelöster Gase aus Verdampferzuströmen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Entfernung gelöster Gase, wie zum Beispiel H₂S und CO₂, aus einem Verdampferzustrom. Dampf, der aus einem stromabwärts gelegenen Verdampfer entlüftet wird, wird in den Luftabscheider zum Desorbieren gelöster Gase aus dem Zustrom geleitet. Insbesondere entfernt oder desorbiert der Wasserdampf gemäß einer Ausführungsform H₂O und CO₂. Der Druck und damit die Temperatur des Dampfes im Luftabscheider wird zumindest teilweise durch einen Druckabfall festgelegt, der im Entlüftungswasserdampf zwischen dem Verdampfer und dem Luftabscheider auftritt. Dieser Druckabfall bewirkt, dass der Druck des Dampfes im Luftabscheider wesentlich niedriger ist als der Druck des Entlüftungswasserdampfs, der aus dem beheizten Mantel des Verdampfers austritt, typischerweise niedriger als atmosphärischer Druck. Dies liefert, gekoppelt mit Erwärmen oder Aufrechterhalten der Temperatur des vorgenannten Zustroms oberhalb der Dampfsättigungstemperatur im Luftabscheider eine effektive und wirksame Entfernung von gelösten Gasen aus dem Zustrom. Dieses Verfahren verringert die zur Entfernung gelöster Gase aus einem Zustrom erforderliche Wasserdampfmenge, und eliminiert gleichzeitig den Bedarf am Desorbieren von Abgasen der Verdampferzuströme aus solchen Prozessen, wie Ölabfall- oder „Produced Water”-Prozessen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Erläuterung eines Verfahrens zur Entfernung gelöster Gase aus einem Verdampferzustrom.
2 ist eine schematische Erläuterung eines „Produced Water”-Verfahrens, welches ein Verfahren zur Entfernung gelöster Gase aus einem „Produced Water”-Strom stromaufwärts eines Verdampfungsverfahrens verwendet.
BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von gelöstem Gas aus einem Verdampferzustrom. Der Verdampferzustrom wird zu einem Luftabscheider-Gas-Desorber (im Folgenden als Luftabscheider bezeichnet), welcher bei einem Druck betrieben wird, der wesentlich unterhalb des Drucks innerhalb des beheizten Mantels des stromabwärtsgelegenen Verdampfers liegt (unterhalb atmosphärischen Drucks), geleitet. Die Druckbedingungen in dem Luftabscheider werden zumindest teilweise durch eine Druckverringerung in einer Dampfentlüftungsleitung, welche vom stromabwärts gelegenen Verdampfer zu dem Luftabscheider führt, festgelegt. Des Weiteren bringt das Verfahren das Erwärmen des Verdampferzustroms oder zumindest das Aufrechterhalten einer bestimmten Zustromtemperatur, so dass die Temperatur des Zustroms vor dem Eintritt in den Luftabscheider oberhalb der Dampfsättigungstemperatur in dem Luftabscheider liegt, mit sich.
In Bezug auf 1 wird ein beispielhaftes Verfahren offenbart. Der Zustrom, wie zum Beispiel ein „Produced Water”-Strom, kann Öl umfassen, und wird in einem solchen Fall zu einer Ölabscheidungseinheit 24 geführt. Die Ölabscheidereinheit 24 trennt Öl aus dem Zustrom und gewinnt einen Abfallstrom 24A, welcher das abgetrennte Öl umfasst. In manchen Verdampferzuströmen gibt es kein Öl oder keine wesentliche Ölmenge, und in solchen Fällen wird eine Ölabscheidereinheit nicht erforderlich sein. In vielen herkömmlichen Verfahren wird an dieser Stelle der Verdampferzustrom zu einem Abgasdesorber geführt. Das ist im vorliegend erörterten Verfahren nicht erforderlich. Nach dem Abtrennen von Öl aus dem Zustrom wird der Zustrom zum Zustromvorwärmer 26 geleitet. Der Vorwärmer 26 kann verschiedene Formen annehmen. Gemäß einer Ausführungsform wird der laufende Strom in den Vorwärmer 26 zum Erwärmen des Zustroms geführt. Wie nachfolgend erörtert, erwärmt der Vorwärmer den Zustrom, so dass er eine Temperatur umfasst, die wesentlich höher als die Dampfsättigungstemperatur im stromabwärts gelegenen Luftabscheider 56 ist. Gemäß einem Beispiel ist die Temperatur des Zustroms vor dem Eintreten in den Luftabscheider 56 höher als die Dampfsättigungstemperatur im Luftabscheider.
In diesem beispielhaften Verfahren kann eine pH-Einstellung stromabwärts des Zustromvorwärmers 26 stattfinden. Eine Säure kann zum Zustrom gegeben werden, um den pH des Zustroms zu verringern. Dies bewirkt die Umwandlung von Alkalinität, Hydrogencarbonat und Carbonat, zu Kohlenstoffdioxid. Ein Temperatursensor T befindet sich zwischen dem Zustromvorwärmer 26 und dem Luftabscheider 56. Der Temperatursensor T misst die Temperatur des Zustroms und ist, gemäß einem beispielhaften Verfahren, kommunikativ mit einem Steuergerät verknüpft, welches das Erwärmen des Zustroms durch den Zustromvorwärmer 26 steuert.
Der Zustrom wird in den Luftabscheider 56 gepumpt und fließt durch diesen nach unten. Wie im Folgenden erörtert, wird ein Wasserdampf- oder ein Dampfstrom aus einem stromabwärts gelegenen Verdampfer 34 aufwärts durch den Luftabscheider in einer Gegenstrombeziehung bezüglich des Zustroms geführt, und im Verfahren werden verschiedenartige gelöste Gase aus dem Zustrom entfernt. Im Fall einer Ausführungsform sind die gelösten Gase von Interesse H₂S, CO₂ und verschiedene organische Stoffe. Der Fachmann wird anerkennen, dass andere gelöste Gase im Luftabscheider 56 entfernt werden können.
Der Luftabscheider 56 wird bei einem Druck unterhalb des atmosphärischen Drucks betrieben. Mit anderen Worten ist der Luftabscheider 56 ein Vakuumluftabscheider. Es gibt verschiedenartige Wege und Mittel zur Aufrechterhaltung eines Vakuums im Luftabscheider 56. In dem in 1 gezeigten Beispiel wird eine Vakuumpumpe 58 betrieben, um ein Vakuum im Luftabscheider 56 zu erzeugen. Eine Entlüftungsleitung ist wirkverbunden zwischen dem Luftabscheider 56 und der Vakuumpumpe 58 zwischengeschaltet. Ein Drucksensor P ist in dieser Leitung wirkverbunden. Aus 1 ist ersichtlich, wo ein aus der Vakuumpumpe 58 emittierter Entlüftungsstrom vorliegt. Die Funktion der Vakuumpumpe 58 ist es, das Vakuum im Luftabscheider 56 aufrechtzuerhalten. Der Druck im Luftabscheider kann durch Messen des Drucks über den Drucksensor T und Verwenden des gemessenen Drucks zur Steuerung der Vakuumpumpe 58 durch ein Steuergerät gesteuert werden. Es ist nicht erforderlich, dass die Vakuumpumpe 58 eine Niederdruckbedingung im Luftabscheider 56 festlegt. Wie im Folgenden erörtert, wird ein Entlüftungsstrom, einschließlich Wasserdampf oder Dampf, aus dem stromabwärtsgelegenen Verdampfer 34 in den Luftabscheider 56 geleitet. Ein Druckabfall wird in diesem Entlüftungsstrom verwendet, und dieser Druckabfall kann verwendet werden, um einen Druck innerhalb des Luftabscheiders 56 zu erzielen, der unterhalb atmosphärischem Druck liegt. Daher können die Niederdruckbedingungen im Luftabscheider 56 durch den Druckabfall allein festgelegt werden. In anderen Fällen kann die Vakuumpumpe 58 im Betrieb im Zusammenhang mit dem Druckabfall verwendet werden, so dass der gewünschte niedrige Druck im Luftabscheider 56 erzielt wird.
Der flüssige Zustrom, der aus dem Luftabscheider 56 ausgestoßen wird, fließt zum Verdampfer 34. In der hier vorgestellten Anwendung wird der Dampfdruck im Luftabscheider 56 auf weniger als 14,7 psia gehalten, und die Dampftemperatur im Luftabscheider wird niedriger als 100°C gehalten. Sind die Temperatur und der Druck derart beschränkt, so wird der Zustrom, welcher den Luftabscheider 56 verlässt, bei atmosphärischem Druck nicht sieden. Es wird jedoch bevorzugt, den Druck des Zustroms aus dem Luftabscheider 56 zum Verdampfer 34 so einzustellen, dass er atmosphärischem Druck entspricht. Somit zeigt 1 einen Tank 60 bei atmosphärischem Druck, der in der Leitung zwischen dem Luftabscheider 56 und dem Verdampfer 34 angeordnet ist. Verschiedenartige Mittel können verwendet werden, um einen Druck unterhalb atmosphärischem Druck in dem Luftabscheider 56 aufrechtzuerhalten, und den Druck des Zustroms in der Leitung, die vom Luftabscheider zum Verdampfer 34 führt, zu steuern. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Zustrom vom Luftabscheider zum Verdampfer geleitet werden.
Um Ablagerungen oder Verschlackung im Verdampfer 34 zu verringern, kann der pH des Zustroms oder des durch den Verdampfer produzierten Konzentrats durch eine pH-Einstellung erhöht werden. Dies neigt dazu, die Löslichkeit verschlackender Bestandteile, wie zum Beispiel Siliciumdioxid, zu erhöhen. Der Verdampfer 34 kann gemäß dieser oder anderer Ausführungsform(en) ein herkömmlicher Fallfilmverdampfer sein, welcher eine mechanische Dampfneuverdichtung verwendet. Der Verdampfer 34 in herkömmlicher Ausführung produziert ein Kondensat, das zu einem Zwangsdurchlaufdampferzeuger oder einer ähnlichen Vorrichtung geführt wird. Darüber hinaus konzentriert der Verdampfer 34 den Zustrom auf und stellt ein Konzentrat her, das zu einem Fest-Flüssig-Abscheider 35 geführt wird, der die Feststoffe aus der konzentrierten Salzlösung abtrennt.
Im Mantel des Verdampfervorwärmers hergestellter Dampf oder Wasserdampf kann im Luftabscheider 56 zum Desorbieren gelöster Gase aus dem Zustrom verwendet werden, und gleichzeitig kann der Druck des durch den Verdampfer produzierten Dampfs vor dem Eintritt in den Luftabscheider eingestellt werden, so dass die gewünschten Druck- und Temperaturbedingungen im Luftabscheider zur wirksamen Entfernung gelöster Gase erzielt werden. Wie oben erörtert hängt das Verfahren zur Entfernung gelöster Gase in dem Luftabscheider 56 vom Vorhandensein eines Temperatur- und Druckverhältnisses zwischen dem Dampf im Luftabscheider 56 und dem Zustrom vor Eintritt in den Luftabscheider ab. Um eine wirksame Entfernung gelöster Gase mit einer minimalen Energiemenge zu erreichen, insbesondere die Entfernung von H₂S, organischen Stoffen und CO₂, sollte die Temperatur des Zustroms höher als die Dampfsättigungstemperatur im Luftabscheider 56 sein. Daher kann dieses gewünschte Temperaturgefälle durch Verringern des Drucks und daher der Temperatur des Dampfs aus dem Verdampfer 34, bevor der Dampf in den Luftabscheider 56 eintritt, kontrolliert und aufrechterhalten werden. Die Dampftemperatur im Luftabscheider 56 wird durch den Dampfdruck festgelegt. Daher kann durch Verringern des Drucks des in den Luftabscheider 56 geleiteten Wasserdampfs oder Dampfs und ausreichendes Erwärmen des Zustroms mit dem Vorwärmer 26 dieses gewünschte Temperaturgefälle erreicht und aufrechterhalten werden.
Wie in 1 gezeigt, liegt in der Dampfleitung 21, die sich vom Verdampfer 34 zum Luftabscheider 56 erstreckt, eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Druckabfalls vor. Der im Verdampfer 34 produzierte Dampf wird zu einem Heizmantel geleitet, und der Großteil dieser Dämpfe kondensiert. Der Heizmantel entlüftet einen geringen Teil zum Luftabscheider bei etwa 18,5 psia und einer Temperatur von 107°C. Diese sind die in der Leitung 21 stromaufwärts der Druckabfallvorrichtung vorgefundenen Bedingungen. Es gibt verschiedenartige Wege (aktive oder passive), den Druck des durch den Verdampfer 34 ausgestoßenen Dampfes zu senken. Ein Beispiel umfasst ein Steuerventil in der Dampfleitung zum Luftabscheider 56. Das Steuerventil kann einen Druckabfall induzieren. Dies kann als Druckkontrollschleife oder Flusskontrollschleife erreicht werden. Es können auch andere Vorrichtungen zum Induzieren eines Druckabfalls im Dampfstrom vorhanden sein, wie zum Beispiel durch ein manuelles Ventil, eine Düse oder eine Öffnung.
In dieser Ausführungsform liegt das Steuerkonzept darin, dass der Druckabfall und das Vorwärmen des Zustroms verwendet werden, um ein Temperaturgefälle zwischen der Dampftemperatur im Luftabscheider 56 und dem eintretenden Zustrom zu erzielen.
Das vorangehend beschriebene und in 1 gezeigte System und Verfahren zeigt eine allgemeine Anwendung der Erfindung. Während es zahlreiche Anwendungen des Verfahrens gibt, so ist eine bestimmte Anwendung die Behandlung von „Produced Water”, welches aus der Ölgewinnung resultiert. 2 zeigt ein Beispiel eines solchen Verfahrens. Wie nachfolgend erörtert, wird das „Produced Water” einem Verdampfungsverfahren unterworfen. Vor dem Erreichen des Verdampfers 34 werden jedoch gelöste Gase, wie zum Beispiel H₂S, organische Stoffe und CO₂, von dem „Produced Water” im Luftabscheider 56 entfernt. Wie im Fall des Verfahrens gemäß 1 wird die Temperatur des „Produced Water” so kontrolliert, dass sie oberhalb der Dampfsättigungstemperatur im Luftabscheider 56 liegt. Dies wird durch die Anwesenheit eines Druckabfalls in der Dampfleitung zwischen dem Verdampfer 34 und dem Luftabscheider 56 gemeinsam mit dem selektiven und kontrollierten Erwärmen des „Produced Water” vor dem Erreichen des Luftabscheiders erreicht.
In Bezug auf 2 ist daher ein Ölgewinnungssystem und Verfahren gezeigt, das allgemein durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet wird. Ein Öl-Wasser-Gemisch 20 wird aus der Ölbohrung 42 entnommen und an die Oberfläche gepumpt. Das Öl-Wasser-Gemisch wird zu einem Öl-Wasser-Abscheider 22 geleitet. Dies wird allgemein als primäres Öl-Wasser-Abscheidungsverfahren bezeichnet. Verschiedenartige herkömmliche Öl-Wasser-Abscheidungssysteme können verwendet werden. Zum Beispiel können Schwerkraft- oder Zentrifugalabscheider verwendet werden, um das Öl-Wasser-Gemisch zu trennen, so dass ein Ölprodukt und abgeschiedenes Wasser getrennt werden. Das Ölprodukt wird weiter behandelt und gelangt in den Handel. Typischerweise hat das „Produced Water” eine Temperatur von etwa 160 bis 180°C. Um das „Produced Water” vor der Weiterverarbeitung zu kühlen, wird das „Produced Water” in eine Kühleinheit 23 geleitet, in welcher die Temperatur des „Produced Water” typischerweise auf etwa 85°C verringert wird. In dieser Weise kann die Ölabscheidereinheit 24 als Tanks betrieben werden und nicht als Druckgefäße. Nachdem das „Produced Water” gekühlt worden ist, wird es in eine Ölabscheidereinheit 24 geleitet, wo zusätzliches Öl entfernt wird. Verschiedenartige Ölabscheidervorrichtungen, wie zum Beispiel ein Gasinduktionsflotationssystem können verwendet werden. In manchen Fällen wird ein Ölabscheidepolymer zu dem Wasser gegeben, das durch den Öl-Wasser-Abscheider 22 abgeschieden wurde. Der Ausstoß oder Abfluss aus dem Ölabscheider 24 wird als „Produced Water” bezeichnet. Es ist dieses „Produced Water”, welches behandelt und raffiniert wird, bevor es zur Wasserdampferzeugung wiederverwendet wird.
Das „Produced Water” wird zu einem Vorwärmer 26 geleitet, in dem das „Produced Water” typischerweise auf eine Temperatur oberhalb 100°C erhitzt wird. Gemäß dieser Ausführungsform ist es erwünscht, dass die Zustromtemperatur oberhalb des Betriebsdampfdrucks des Luftabscheiders liegt. Wie vorliegend erörtert, wird die Temperatur des „Produced Water” erhöht oder oberhalb der Dampfsättigungstemperatur im stromabwärts gelegenen Luftabscheider 56 gehalten. Es gibt verschiedenartige Mittel, um das „Produced Water” zu erwärmen. Gemäß einer Ausführungsform wird der permanente Strom in den Vorwärmer 26 zum Erwärmen des „Produced Water” geleitet. Gemäß anderen Ausführungsformen kann das durch den stromabwärts gelegenen Verdampfer 34 produzierte Destillat durch den Vorwärmer 26 geleitet werden. In manchen Fällen wird eine Kombination aus Dampf und einem Destillat verwendet, um das „Produced Water” vorzuwärmen.
In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, den pH des „Produced Water” vor Erreichen des Luftabscheiders 56 einzustellen. Wie aus 2 ersichtlich ist, wird eine pH-Einstelleinheit 27 bereitgestellt. Gemäß einer Ausführungsform wird eine Säure injiziert und mit dem „Produced Water” zur Erniedrigung des pH vermischt. Die Erniedrigung des pH führt zu einer Umwandlung der Alkalinität, wie zum Beispiel Hydrogencarbonat, zu Kohlenstoffdioxid, das im Luftabscheider 56 wirksam entfernt werden kann. In jedem Fall wird das „Produced Water” in den Luftabscheider 56, welcher stromaufwärts zum Verdampfer 34 liegt, geleitet. Ein Dampf- oder Wasserdampfstrom wird vom Verdampfer 34 hoch durch den Luftabscheider 56 in einer Gegenstrombeziehung zum „Produced Water”, welches durch den Luftabscheider herunterfließt, geleitet. Diese Ausgestaltung kann für die Luftabscheidung von Alkalinität verwendet werden, jedoch verstärkt die Verwendung einer erhöhten Zustromtemperatur zum Luftabscheider und eine Verringerung des Luftabscheiderbetriebsdrucks das Desorbieren von H₂S und anderen Gasen.
Es soll zur Kenntnis genommen werden, dass in 2 die Leitung 21 sich vom Verdampfer 34 zu einem Block erstreckt, was als Druckabfall bezeichnet wird. Vom Druckabfall existiert eine Leitung 23, die in den Luftabscheider 56 führt. Typischerweise ist der Dampfdruck in Leitung 21 etwa 18,5 psia und der Dampf besitzt eine Temperatur von etwa 107°C. Der Zweck des Druckabfalls ist es, den Druck des Dampfes und damit die Temperatur auf einen kontrollierten Druck und eine kontrollierte Temperatur zu steuern, die wirksam und energieeffizient für das Desorbieren oder Entfernen gelöster Gase aus dem „Produced Water” in dem Luftabscheider 56 sind. Das Verfahren zielt auf die Verringerung des Dampfdrucks im Luftabscheider 56 ab. Dies wird zumindest teilweise durch den kontrollierten Druckabfall in den Dampfleitungen 21 und 23 zwischen dem Verdampfer und dem Luftabscheider erreicht. In manchen Fällen kann eine Vakuumpumpe 58 ebenso mit dem Luftabscheider 56 wirkverbunden sein, um sicherzustellen, dass die Bedingungen innerhalb des Luftabscheiders unterhalb atmosphärischem Druck gehalten werden. Daher zielt das in dieser Ausführungsform beschriebene Verfahren auf das Erwärmen des „Produced Water”, oder zumindest die Aufrechterhaltung der Temperatur des „Produced Water” ab, so dass die Temperatur des „Produced Water” oberhalb der Dampfsättigungstemperatur im Luftabscheider liegt. Gleichzeitig ist es das Ziel dieses Verfahrens, den Druckabfall in der Dampfleitung (Leitungen 21 und 23) zwischen dem Verdampfer 34 und dem Luftabscheider 56 zu nutzen, um Bedingungen im Luftabscheider derart aufrechtzuerhalten, dass der Dampfsättigungsdruck darin unterhalb atmosphärischem Druck liegt.
Vom Luftabscheider 56 wird das „Produced Water” zum Verdampfer 34 geleitet, wo es einem Verdampfungsverfahren unterliegt. Es ist erstrebenswert, das „Produced Water” vor dem Erreichen des Verdampfers 34 auf atmosphärischen Druck zurückzubringen. Daher gibt es gemäß manchen Ausführungsformen eine Druckeinstellfunktion, welche die Festlegung atmosphärischen Drucks bewirkt.
Die Einzelheiten des Verdampfers 34 und des Verdampfungsverfahrens werden hier nicht ausführlich behandelt, da sie nicht per se Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, und die Struktur und Funktion von Verdampfern weithin bekannt sind, wie der Fachmann erkennen wird. Es genügt, festzustellen, dass der Verdampfer 34 wenigstens einen Teil des „Produced Water” verdampft, und im Verfahren Dampf und eine konzentrierte Salzlösung produziert. Der Dampf kondensiert unter Bildung eines Destillats 34A. Die konzentrierte Salzlösung wird im Schacht 34C des Verdampfers gesammelt und durch den Verdampfer 34 durch eine Pumpe 34E, welche die konzentrierte Salzlösung durch eine Zirkulationsleitung 34D pumpt, rezirkuliert. Ein Teil der konzentrierten Salzlösung wird als Verdampferabschlämmung durch die Leitung 34B geleitet, die zu einer Abschlämmungsbehandlungsleitung (nicht gezeigt) geleitet werden kann.
Das Verdampferdestillat 34A ist im Wesentlichen rein. Es kann eine geringe Menge gelöster Feststoffe in der Größenordnung von 10 mg/l oder weniger in Destillat 34A vorliegen. In jedem Fall kann in dieser Ausführungsform das Destillat 34A durch den Vorwärmer 26 geleitet werden, wo die damit verbundene Wärmeenergie auf das „Produced Water”, das durch den Vorwärmer gelangt, übertragen wird. In der in 2 gezeigten Ausführungsform wird das Destillat 34A zu einen Wasserdampferzeuger geleitet, in dem das Destillat zu Wasserdampf umgewandelt wird. Verschiedenartige Typen an Wasserdampferzeugern können verwendet werden. Zum Beispiel kann der Wasserdampferzeuger einen herkömmlichen Boiler oder Packungsboiler umfassen. Darüber hinaus kann der Wasserdampferzeuger ein Zwangsdurchlaufdampferzeuger (OTSG) sein, der mit einem Dampf-Wasser-Abscheider zur Abtrennung von Wasserdampf aus einem Wasserdampf-Wasser-Gemisch, hergestellt durch den OTSG, verwendet wird. Der Dampferzeuger produziert Wasserdampf, der zu einer Injektionsbohrung 40 geleitet wird. In der in 2 erläuterten Ausführungsform ist die Injektionsbohrung 40 von der Erdölbohrung 42, die im laufenden Betrieb das Öl-Wasser-Gemisch 20 produziert, beabstandet. In herkömmlicher Weise wandert der in die Injektionsbohrung 40 injizierte Wasserdampf horizontal zu einem Gebiet um die Erdölbohrung 42, wo der Wasserdampf sich mit dem Öl in der Erdölbohrung oder der Öl enthaltenden Formation vermischt und unter Verringerung der Viskosität des Öls kondensiert, und allgemein das Öl unter Herstellung des oben beschriebenen Öl-Wasser-Gemisches 20 mobilisiert.
Es gibt zahlreiche Vorteile des vorliegenden Verfahrens zur Entfernung gelöster Gase aus Verdampferzuströmen. Bei vielen herkömmlichen Verfahren ist ein Abgasdesorber in das System und das Verfahren integriert. Gemäß einer Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird der Abgasdesorber eliminiert. Das Verfahren ermöglicht auch die Verringerung der Notwendigkeit oder die Eliminierung eines Zusatzstroms zum Vorwärmen des Zustroms. Insbesondere eliminiert es den Bedarf für Frischwasserdampf oder erhält zumindest ein neutrales Wärmegleichgewicht aufrecht. Durch das Erhöhen der Temperatur des Zustroms auf oberhalb der Dampfsättigungstemperatur im Luftabscheider 56 wird es ermöglicht, dass der Luftabscheider als Wasserdampfdesorber fungiert. Des Weiteren verwendet das Verfahren den einzigartigen Ansatz, dass eine Druckverringerung im Verdampferentlüftungsstrom zum Luftabscheider verwendet wird, um einen passenden Rückdruck auf den Heizmantel des Verdampfers aufrechtzuerhalten und um ein Vakuum im Luftabscheider aufrechtzuerhalten.
Die vorliegende Erfindung kann selbstverständlich in anderer als der vorliegend im besonderen beschriebenen Weise ausgeführt werden, ohne von den wesentlichen Merkmalen der Erfindung abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsformen werden in jeglicher Hinsicht als beschreibend und nicht einschränkend angesehen, und sämtliche Änderungen, die innerhalb der Geltung und dem Äquivalenzbereich der angefügten Ansprüche liegen, sind als mitumfasst beabsichtigt.

Claims

Verfahren zur Gewinnung von Öl aus einer Erdölbohrung, umfassend: Gewinnen eines Öl-Wasser-Gemisches aus der Bohrung; Trennen des Öl-Wasser-Gemisches unter Herstellung eines Ölprodukts und von „Produced Water”; Leiten des „Produced Water” zu einem und durch einen Luftabscheider; Leiten des „Produced Water” zu einem Verdampfer und Herstellen einer konzentrierten Salzlösung und von Wasserdampf, nachdem das „Produced Water” durch den Luftabscheider geleitet worden ist; Kondensieren des Dampfes unter Bildung eines Destillats; Leiten des Destillats zu einem Dampferzeuger und Herstellen von Wasserdampf; Injizieren wenigstens eines Teils des Wasserdampfs in eine Injektionsbohrung; Desorbieren von gelöstem Gas aus dem „Produced Water” stromaufwärts des Verdampfers durch Leiten von Wasserdampf aus dem Verdampfer in und durch den Luftabscheider; Aufrechterhalten des Dampfdrucks im Luftabscheider unterhalb atmosphärischen Drucks; und Erwärmen des „Produced Water” auf eine Temperatur, die höher ist als die Dampfsättigungstemperatur in dem Luftabscheider vor dem Eintreten des „Produced Water” in den Luftabscheider.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei eine Dampfleitung zwischen dem Verdampfer und dem Luftabscheider miteinander wirkverbunden ist, und wobei der Wasserdampf, der zum Desorbieren gelöster Gase aus dem „Produced Water”, das durch den Luftabscheider gelangt, durch die Dampfleitung geleitet wird, und wobei das Aufrechterhalten des Dampfdrucks im Luftabscheider auf unterhalb atmosphärischen Drucks das Abfallenlassen des Drucks des Wasserdampfs in der Wasserdampfleitung an einem Punkt zwischen dem Verdampfer und dem Luftabscheider umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend Erwärmen des „Produced Water” auf eine Temperatur oberhalb von 100°C, bevor das „Produced Water” den Luftabscheider erreicht.
Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend das Festlegen von sowohl dem Druck als auch der Temperatur des Dampfes in dem Luftabscheider durch Unterwerfen des vom Verdampfer zu dem Luftabscheider geleiteten Wasserdampfs einem Druckabfall an einem Punkt zwischen dem Verdampfer und dem Luftabscheider.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der von dem Verdampfer zu dem Luftabscheider geleitete Wasserdampf Verdampfer-Entlüftungswasserdampf ist, und das Verfahren das Aufrechterhalten des Dampfdrucks im Luftabscheider unterhalb des Drucks des Verdampfer-Entlüftungsdampfes umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend Aufrechterhalten der Dampftemperatur im Luftabscheider auf unterhalb 100°C und Erwärmen des „Produced Water” stromaufwärts des Luftabscheiders auf eine Temperatur oberhalb von 100°C.
Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend Festlegen sowohl des Drucks als auch der Temperatur des Dampfes im Luftabscheider durch Senken des Drucks des zu dem Luftabscheider geleiteten Wasserdampfs an einem Punkt zwischen dem Verdampfer und dem Luftabscheider, Aufrechterhalten der Temperatur des Dampfes in den Luftabscheider auf unterhalb 100°C, und Erhitzen des „Produced Water” auf eine Temperatur oberhalb 100°C vor dem Erreichen des Luftabscheiders.
Verfahren gemäß Anspruch 7, welches kein Desorbieren des Gases des „Produced Water” an einem beliebigen Punkt stromaufwärts des Luftabscheiders umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend das Wirkverbinden einer Vakuumpumpe mit dem Luftabscheider, und Verwenden der Vakuumpumpe, um die Aufrechterhaltung des Dampfdrucks im Luftabscheider unterhalb atmosphärischem Druck zu unterstützen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, des Weiteren umfassend das Einstellen des Drucks des „Produced Water” auf atmosphärischen Druck an einem Punkt zwischen dem Luftabscheider und dem Verdampfer.
Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend Desorbieren von H₂S und CO₂ aus dem „Produced Water” im Luftabscheider.
Verfahren zur Behandlung eines Wasserzustroms mit einem Verdampfer, umfassend: Leiten des Wasserzustroms zu einem und durch einen Luftabscheider; Leiten des Wasserzustroms zu dem Verdampfer, nachdem der Wasserzustrom zu und durch den Luftabscheider geleitet worden ist; Verdampfen des Wasserzustroms in dem Verdampfer und Herstellen eines Konzentrats und Wasserdampf; Leiten wenigstens eines Teils des durch den Verdampfer produzierten Wasserdampf durch eine Dampfleitung zu dem und durch den Luftabscheider, und Desorbieren gelösten Gases aus dem Wasserzustrom, der durch den Luftabscheider strömt; Aufrechterhalten des Dampfdrucks in dem Luftabscheider auf unterhalb atmosphärischen Drucks; Aufrechterhalten der Temperatur des Dampfs in dem Luftabscheider auf unterhalb 100°C; und Erwärmen des Wasserzustroms auf eine Temperatur oberhalb der Dampfsättigungstemperatur in dem Luftabscheider, bevor der Wasserzustrom in dem Luftabscheider eintritt.
Verfahren gemäß Anspruch 12, umfassend Aufrechterhalten des Dampfdrucks in dem Luftabscheider auf unterhalb atmosphärischen Drucks durch Senken des Drucks des Wasserdampfes in der Dampfleitung.
Verfahren gemäß Anspruch 12, umfassend Erwärmen des Wasserzustroms auf eine Temperatur von 100°C, bevor der Wasserzustrom den Luftabscheider erreicht.
Verfahren gemäß Anspruch 12, umfassend Festlegen sowohl des Druckes als auch der Temperatur des Dampfes in den Luftabscheider durch Unterwerfen des Wasserdampfs einem Druckabfall zwischen dem Verdampfer und dem Luftabscheider.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei der von dem Verdampfer zu dem Luftabscheider geleitete Wasserdampf Verdampfer-Entlüftungswasserdampf ist, wobei das Verfahren das Aufrechterhalten des Dampfdrucks in dem Luftabscheider auf einen Druck unterhalb des Drucks des Verdampfer-Wasserdampfentlüftungsstroms umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 12, umfassend das Wirkverbinden einer Vakuumpumpe mit dem Luftabscheider, und Verwenden der Vakuumpumpe, um die Aufrechterhaltung des Dampfdrucks im Luftabscheider unterhalb atmosphärischem Druck zu unterstützen.
Verfahren gemäß Anspruch 12, umfassend Festlegen sowohl des Drucks als auch der Temperatur des Dampfes im Luftabscheider durch Senken des Drucks des aus dem Verdampfer zu dem Luftabscheider geleiteten Wasserdampfs, Aufrechterhalten der Temperatur des Dampfes in den Luftabscheider auf unterhalb 100°C, und Erwärmen des Wasserzustroms auf eine Temperatur oberhalb 100°C, bevor der Wasserzustrom in den Luftabscheider geleitet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, umfassend Desorbieren von H₂S und CO₂ aus dem Wasserzustrom in dem Luftabscheider durch Leiten des Wasserzustroms abwärts durch den Luftabscheider, und Leiten von Wasserdampf aus dem Verdampfer aufwärts durch den Luftabscheider.
Verfahren zur Gewinnung von Öl aus einer Erdölbohrung, umfassend: Gewinnen eines Öl-Wasser-Gemisches aus der Bohrung; Trennen des Öl-Wasser-Gemisches unter Herstellung eines Ölprodukts und von „Produced Water”; Leiten des „Produced Water” zu einem und durch einen Luftabscheider; Leiten des „Produced Water” zu einem Verdampfer und Herstellung einer konzentrierten Salzlösung und von Wasserdampf, nachdem das „Produced Water” durch den Luftabscheider geleitet worden ist; Kondensieren des Wasserdampfes unter Bildung eines Destillats; Leiten des Destillats zu einem Dampfgenerator und Erzeugung von Wasserdampf; Injizieren wenigstens eines Teils des Wasserdampfes in eine Injektionsbohrung; Entlüften von Wasserdampf aus dem Verdampfer unter Bildung von Entlüftungswasserdampf, und Leiten des Entlüftungswasserdampfs durch eine Entlüftungswasserdampfleitung zu dem Luftabscheider; Leiten des Entlüftungswasserdampfs durch den Luftabscheider und Desorbieren gelöster Gase aus dem „Produced Water”, das durch den Luftabscheider strömt; Aufrechterhalten des Dampfdrucks in dem Luftabscheider unterhalb atmosphärischen Drucks; Aufrechterhalten einer Dampftemperatur in dem Luftabscheider unterhalb 100°C; wobei das Aufrechterhalten des Dampfdrucks in dem Luftabscheider unterhalb atmosphärischen Drucks und Aufrechterhalten der Dampftemperatur in dem Luftabscheider unterhalb 100°C zumindest teilweise durch Unterwerfen des Entlüftungswasserdampfs in der Entlüftungswasserdampfleitung einem Druckabfall an einem Punkt zwischen dem Verdampfer und dem Luftabscheider bewerkstelligt wird; und Erwärmen des „Produced Water” auf eine Temperatur oberhalb der Dampfsättigungstemperatur in dem Luftabscheider, und oberhalb 100°C, bevor das „Produced Water” in den Luftabscheider eintritt.